JP4750043B2 - 光学素子のための交換装置 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、リソグラフィオブジェクティブにおける２つの隣接する光学素子の間に配置される光学素子のための交換装置に関する。さらに、本発明はリソグラフィオブジェクティブに関する。

リソグラフィオブジェクティブにおいては、露光されるウェハの最も近くに位置している最下位の光学素子が交換可能であることが知られている。
さらに、プロジェクションオブジェクティブにおいては、鏡筒が支持構造に支持され、鏡筒ごと交換されうる。これを実現するためには、オブジェクティブ全体の構造を解体することが必要になる。

本発明に関連する従来技術に関して、ＵＳ ２００２／０１６７７４０ Ａ１及び ＵＳ ６，４４９，１０６ Ｂ１が参照文献とされる。
リソグラフィオブジェクティブ内のレンズ、ミラー等の光学素子が時の経過と共に変質してリソグラフィオブジェクティブの性能を低下させ、リソグラフィオブジェクティブに見込まれた寿命を達成できなくなる場合には、リソグラフィオブジェクティブの中から適切に選ばれた１つの光学素子を取り外し、その代用として、適切に機械加工された、１つの新しい光学素子を挿入して、他の光学素子による結像誤差を補償できるとよい。この目的のために、最下位の光学素子を交換する従来の方法と装置は適さない。

従って、本発明の目的は、そのような交換を可能にする、リソグラフィオブジェクティブにおける２つの隣接する光学素子の間に取付けられた光学素子のための交換装置を提供することである。

この目的を達成するため、本発明によると、交換装置は、リソグラフィオブジェクティブにおける２つの隣接する光学素子の間に取付けられる１つの光学素子のために設けられる。該交換装置は、リソグラフィオブジェクティブにおけるハウジングの側面にある開口を通って、リソグラフィオブジェクティブ内に移動できる、光学素子を交換するためのホルダーを有する。

この交換装置は、リソグラフィオブジェクティブから光学素子を取り外すと共に、リソグラフィオブジェクティブ内での変化に応じた別の光学素子をリソグラフィオブジェクティブ内に再度移動することが可能である。これらの手段によって、リソグラフィオブジェクティブの構造に干渉することなくリソグラフィオブジェクティブの画像性能を著しく向上することが可能となる。必要なことは、リソグラフィオブジェクティブにおけるハウジングの側面にある開口の寸法が、ホルダーがハウジング内に移動できるような大きさにすることだけである。この場合、ホルダーはリソグラフィオブジェクティブ内で光学素子をかなり正確に位置決めすることができる。

本発明によるこの交換装置は、特に、複数の光学素子を備えたリソグラフィオブジェクティブに有利に使用できる。この目的に適しているのは、複数の光学素子と、少なくとも１つの交換装置であって、２つの隣接する光学素子の間に取付けられる１つの光学素子のための交換装置と、を有する、リソグラフィオブジェクティブである。この交換装置は、交換される光学素子のためのホルダーを有する。ホルダーは、リソグラフィオブジェクティブにおけるハウジングの側面にある開口を通ってリソグラフィオブジェクティブ内に移動できる。

以下においては、本発明の種々の実施例を、原則として図面を参照しながら、説明する。
図１は、ハウジング１ａを備えたリソグラフィオブジェクティブに対して、複数の光学素子２、例えば、レンズ、プレート又はミラー、が、周知の方法で配置された状態を示している。図１に示されたリソグラフィオブジェクティブ１内における光学素子２の配置は、あくまで一例である。リソグラフィオブジェクティブ１は、任意のタイプのリソグラフィにも適していると共に、図には露光装置の全体像は示されていないが露光装置の一部とすることもできる。図示されているリソグラフィオブジェクティブ１を使用することで、下記に記載されているように、それぞれのマウント３によってリソグラフィオブジェクティブ１に交換されることなく持続的に取付けられた２つの隣接する光学素子２の間に設置又は保持された１つの光学素子２ａを交換することが可能になる。同様にレンズ、プレート又はミラーであることが好ましい交換可能な光学素子２ａは、図２の断面図で確認できるようにリソグラフィオブジェクティブ１の瞳孔領域(pupil region)に配置されていることが望ましい。その結果、交換可能な光学素子２ａは他の光学素子２に比べて著しく小さい直径を有するように設計されている。しかし、交換可能な光学素子２ａは、リソグラフィオブジェクティブ１に設置されている２つの隣接する光学素子２の間における他の場所に位置することもできる。

図２には、光学素子２ａを交換するために設けられた交換装置４も見やすく示されている。交換装置４は、光学素子２ａのためのホルダー５を有する。ホルダー５は、リソグラフィオブジェクティブ１におけるハウジング１ａの側面に位置する開口６を通って、リソグラフィオブジェクティブ１内に移動されうる。本実施例では、開口６はハウジング１ａの周辺に位置する複数のスペーサ素子７により形成されているが、図ではかなり簡略化されて示されている。上記で説明した通り、交換可能な光学素子２ａがリソグラフィオブジェクティブ１の瞳孔領域に位置する場合には、ホルダー５のサイズだけではなく開口６のサイズもまたこの場合に対応した小さいサイズとすることができる。リソグラフィオブジェクティブ１の動的挙動を許されない方法で妨げることのないように、スペーサ素子７が対照的に配列されていることが望ましい。交換される光学素子２ａの最大直径はスペーサ素子７の３つ分に値する。

ホルダー５は、光学素子２ａを置換または交換するために、開口６を通ってリソグラフィオブジェクティブ１内に移動し、交換される光学素子２ａを取り外す。ホルダー５が再度開口６を通ってリソグラフィオブジェクティブ１から離れた後、光学素子２ａがリソグラフィオブジェクティブ１の外側においてホルダー５から取り外される。その後、リソグラフィオブジェクティブ１の外側に配置された図示されていないツールを使用して、ホルダー５に１つの新しい光学素子２ａが挿入される。そして、ホルダー５は開口６を通ってリソグラフィオブジェクティブ１のハウジング１ａ内に移動する。ホルダー５の動きについてはそれぞれ矢印Ａで示されている。

その新しく挿入された光学素子２ａは、リソグラフィオブジェクティブ１において必要な要件を正確に満たすように前もって機械加工されており、リソグラフィオブジェクティブ１を繰返し使用したことによる結像誤差を修正することが可能である。この目的を果たすために光学素子２ａに対してとられる対策は本質的に周知であるため本願の一部とはならない。光学素子２ａをリソグラフィオブジェクティブ１内に配置した後、ホルダー５は再び開口６を通ってリソグラフィオブジェクティブ１から離れる。

図３は、補強部材８に接続している交換可能な光学素子２ａを示している。補強部材８は、本実施例ではリング状の形状を有している。補強部材８は、交換可能な光学素子２と実質的に同一の材料から構成されていることが好ましく、本実施例では、ＳｉＯ２（酸化シリコン）から構成されている。補強部材８は、特に光学素子２ａを移動する際に、光学素子２ａを補強するために使用される。補強部材８を用いることは、光学素子２ａが撓みやすい場合に特に好適である。勿論、光学素子２ａはフッ化カルシウム（CaF₂）又はその他の適切な光学材料から構成されていてもよい。

補強部材８と、交換可能な光学素子２ａとは、リンギング(wringing)、接着、はんだ付け又はその他の適切な方法によって接続される。補強部材８が光学素子２と同一の光学材料から構成されていない場合、補強部材８は、光学素子２ａとほぼ同一の熱膨張率を備えていることが好ましい。補強部材８がほぼ同一の熱膨張率を備えてもいない場合、補強部材８と光学素子２ａを、図には示されていないが、ソリッド・ボディ・リンケージを介して接続してもよい。さらに、光学素子２ａは光学素子２ａ自体をマウントすることで保持されていても良い。

図３を参照すると、ホルダー５が光学素子２ａと補強部材８との両方に対して機能することが理解できる。勿論、ホルダー５は補強部材８だけに対して機能するものであっても良い。

図４は、交換装置４の第二の実施例を示している。前実施例と同様に、交換可能な光学素子２ａは、個々のマウント３によってリソグラフィオブジェクティブ１内に取付けられている２つの光学素子２の間に配置される。光学素子２ａをリソグラフィオブジェクティブ１内に支持または設置するために、本実施例の場合、隣接する光学素子２ａのマウント３上に位置すると共に、交換可能な光学素子２ａの下に位置する、一つの別個の保持構造９が使用される。図には示されていないが、本実施例の場合においても、補強部材８が光学素子２ａに備えられていても良い。この別個の保持構造９は、３つのサポート１０を有していることが望ましいが、図４では２つのサポート１０のみ確認することができる。この構成により、光学素子２ａはリソグラフィオブジェクティブ１内に平衡に取付けられる。さらに、この別個の保持構造９は、リソグラフィオブジェクティブ１の光軸方向であるＺ方向上に光学素子２ａを整列させることのできる複数の作動装置１１を有する。複数の作動装置１１は、光学素子２ａを傾斜することもできる。本実施例では、それぞれのサポート１０に１つの作動装置１１が設けられる。勿論、１つの作動装置１１のみを設けてもよい。さらには、作動装置１１の代りとして、保持構造９にマニピュレータをそれぞれ設けても良い。

光学素子２ａを交換した後、光学素子２をリソグラフィオブジェクティブ１内に決められた方法で保持及び設置して固定するために、複数のスプリング部材１２が設けられる。本実施例では、複数のスプリング部材１２は、交換可能な光学素子２ａの上に配置された光学素子２のマウント３に支持される。スプリング部材１２は、図示されていない装置によって制御されても良い。この場合、この装置による制御によって、スプリング部材１２は、光学素子２ａの保持構造９上への配置の後に、光学素子２ａを保持構造９に対してプレスすることで、光学素子２ａをリソグラフィオブジェクティブ１の光軸方向であるＺ方向上に正確に位置決めする。適切な場合には、光学素子２ａに対して作用するスプリング部材１２が１つだけ設けられていても良い。保持構造９の上に光学素子２ａを配置するために、ホルダー５がＺ方向に動けることが必要となりうる。それゆえ、上記記載のマウント同様、保持構造９は光学素子２ａが使用されている間リソグラフィオブジェクティブ１の光学素子２ａの取付け用に用いられる。

図４では、さらに、ハウジング１ａの開口６がシール１３により閉鎖されてもよいことが示されている。図４の実施例では、シール１３は、固形物シール（solid material seal）又はガスケットであるが、シール１３に関しては後で様々の実施例が説明される。リソグラフィオブジェクティブ１が作動している間、シール１３は所定の場所に留まっていることが好ましく、ホルダー５が光学素子２ａを交換するために開口６を通過できるようにする時のみシール１３は取り外される。

図５に示されている交換装置４の実施例でも、交換可能な光学素子２ａには補強部材８が設けられる。図４に示された実施例と同様に、本実施例でも、保持構造９が設けられており、保持構造９は、交換可能な光学素子２ａの下に位置する光学素子２のマウント３に支持されている。本実施例の場合、保持構造９には、サポート１０の代わりに、マウント３上に配置されたマウント１４が設けられている。勿論、本実施例でも同様に、複数のスプリング部材１２又は少なくとも１つのスプリング部材１２が光学素子２ａ上に作用しても良い。

図示されていない実施例では、交換可能な光学素子２ａもまた、下に位置している光学素子２のマウント３に直接配置されうる。この実施例の場合、光学素子２ａを吸引して引きつけることにより、光学素子２ａを固定してもよい。

図６は、リソグラフィオブジェクティブ１のハウジング１ａ内に光学素子２ａを設置するために取りうる１つの方法の原理を示している。この場合も、光学素子２ａには、補強部材８が設けられている。光学素子２ａは、ルース・ベアリング１５と固定ベアリング１６を用いることで、補強部材８を介して、ハウジング１ａに設置される。これにより、光学素子２ａは、平衡に取り付けられる。ルース・ベアリング１５と固定ベアリング１６の両方は、超硬合金、硬化鋼、又はルビー等の貴石から構成されている。

図７は、ハウジング１ａの開口６をシールするための、シール１３の第一の実施例を示している。本実施例の場合、Ｏリング１８を介してハウジング１ａをシールするカバープレート１７が設けられる。これにより、リソグラフィオブジェクティブ１におけるハウジング１ａの内部が汚れることが防止されると共に、開口６へのアクセスが確保される。固形物シールの代わりに、弾性ガスケット又は金属シール又はバイトンシール(Viton seal)を使用することができる。金属シールが使用される場合は、その材料として例えば銅を使用することができる。

図８に示されているシール１３の実施例は、ガスシール、すなわち、ガスの動的リストリクターである。この実施例は、ガス状物質や他の汚染物質がハウジング１ａ内に進入するのを阻止するため、ハウジング１ａの外側の圧力Ｐａに比べてリソグラフィオブジェクティブ１におけるハウジング１ａ内の圧力Ｐｉを上昇させるという原理に基づいている。この目的のために、カバープレート１７は、ハウジング１ａに対向する側に１〜１０μｍの幅を有するスリット１９を有し、ハウジング１ａに対向して固定されるものとして設けられる。リソグラフィオブジェクティブ１の内部に汚染物質が侵入するのを阻止するため、ハウジング１ａの外側の圧力Ｐａよりもリソグラフィオブジェクティブ１のハウジング１ａ内の圧力Ｐｉを高くすることだけに注意を払えば、リソグラフィオブジェクティブ１内から外へと向かう流れが生じる。

図９と図１０は、光学素子２ａを交換するための交換装置４の他の実施例を表している。本実施例の場合、交換装置４のホルダー５は、２つの側溝２１が形成されたガイド２０を有する。２つの側溝２１内には、光学素子２ａ備える側面突起２２がそれぞれ係合する。しかし、側面突起２２は絶対に必要であるというわけではない。光学素子２ａが平面状板である場合、光学素子２ａの端部が側溝２１内にガイドされても良い。本実施例の場合、図１０を見ればわかるように、側溝２１と突起２２は四角形であるが、他の適切な断面を有することもできる。光学素子２ａがホルダー５内に進入する動きは、スプリング・ベアリング２３によって制限される。スプリング・ベアリング２３は、ホルダー５の開口部側に配置された固定ベアリング２４と共に、ホルダー５内における光学素子２ａの位置決めを正確に行う。同時に、固定ベアリング２４はホルダー５を閉じる役割を果たしている。この点において、光学素子２ａの位置決めがスプリング・ベアリング２３と固定ベアリング２４によって行われる一方で、側溝２１は交換作業の際に光学素子２ａをガイドする役割のみを果たしている。勿論、固定ベアリング２４には、ホルダー５がリソグラフィオブジェクティブ１内に位置しているときに開口６を閉鎖するためのシール１３と同様な適切なシールが設けられていても良い。さらに、図４の実施例で説明されているスプリング部材１２と同様に、Ｚ方向上の光学素子２ａの位置決めを正確に行うために、スプリング部材２５が設けられる。

本実施例では、移動中、及び、リソグラフィオブジェクティブ１の作業中において、ホルダー５がリソグラフィオブジェクティブ１内に留まる。従って、ホルダー５は、光学素子２ａの交換を可能にするだけでなく、光学素子２ａのマウントとしても機能する。適切な場合には、ホルダー５がリソグラフィオブジェクティブ１内に留まるのに適した方策が取られることを条件に、その他の実施例においても、ホルダー５がリソグラフィオブジェクティブ１内に留まるようにしても良い。

上記に記載されたリソグラフィオブジェクティブ１は露光装置の一部であっても良いし、ウェハ等の微細構造部品を製造するために設けられても良い。

複数の光学素子と交換装置を有するリソグラフィオブジェクティブを示す図である。 交換装置の第１実施例である、図１の切断線II―IIに沿った断面図を示す図である。 １つの補強部材を伴った光学素子を示す図である。 交換装置の第２実施例を示す図である。 交換装置の第３実施例を示す図である。 光学素子の取付けを示す概略図である。 リソグラフィオブジェクティブにおけるハウジングの開口に対するシールに関する第１実施例を示す図である。 リソグラフィオブジェクティブにおけるハウジングの開口に対するシールに関する第２実施例を示す図である。 交換装置の第４実施例を示す図である。 図９の矢印Ｘに従って見た図である。

Claims (16)

1. リソグラフィオブジェクティブであって、
   複数の光学素子と、
   ２つの隣接する光学素子の間に取付けられる１つの光学素子のための少なくとも１つの交換装置と、
   リソグラフィオブジェクティブにおけるハウジングの側面にある開口を通って、リソグラフィオブジェクティブ内に移動できる、光学素子を交換するためのホルダーと、
   を有し、
   交換される前記光学素子が、前記リソグラフィオブジェクティブ内における保持構造の上に３点支持により配置され、
   前記保持構造が、前記光学素子を、前記リソグラフィオブジェクティブの光軸方向整列させるため、あるいは、前記光学素子を傾斜させるための少なくとも１つの作動装置を有することを特徴とする、リソグラフィオブジェクティブ。
2. 交換される前記光学素子が２つの交換されない光学素子の間に配置されていることを特徴とする、請求項１記載のリソグラフィオブジェクティブ。
3. 交換される前記光学素子が補強部材に接続され、前記補強部材は、交換される前記光学素子とともに移動可能なことを特徴とする、請求項１記載のリソグラフィオブジェクティブ。
4. 前記補強部材は、実質上、交換される前記光学素子と同一の光学材料で構成されていることを特徴とする、請求項３記載のリソグラフィオブジェクティブ。
5. 前記補強部材が、リンギング(wringing)により、交換される前記光学素子に接続されることを特徴とする、請求項３記載のリソグラフィオブジェクティブ。
6. 前記補強部材が、接着により、交換される前記光学素子に接続されることを特徴とする、請求項３記載のリソグラフィオブジェクティブ。
7. 前記保持構造が前記リソグラフィオブジェクティブ内のマウントに保持されることを特徴とする、請求項１記載のリソグラフィオブジェクティブ。
8. 交換される前記光学素子に対し光軸方向に作用する少なくとも１つのスプリング部材が前記リソグラフィオブジェクティブ内に配置されることを特徴とする、請求項１記載のリソグラフィオブジェクティブ。
9. 前記ハウジングにある前記開口はシールによって閉じることが可能であることを特徴とする、請求項１記載のリソグラフィオブジェクティブ。
10. 前記シールは固定物シール（solid material seal）又はガスケットであることを特徴とする、請求項９記載のリソグラフィオブジェクティブ。
11. 前記シールはガスシールであることを特徴とする、請求項９記載のリソグラフィオブジェクティブ。
12. 前記ホルダーは、交換される前記光学素子のためのガイドを有することを特徴とする、請求項１記載のリソグラフィオブジェクティブ。
13. 前記交換装置は、当該リソグラフィオブジェクティブの瞳孔領域(pupil region)に配置されることを特徴とする、請求項１記載のリソグラフィオブジェクティブ。
14. 前記ホルダーは、交換される前記光学素子の交換の後も当該リソグラフィオブジェクティブ内に留まることを特徴とする、請求項１記載のリソグラフィオブジェクティブ。
15. 前記ホルダーは、交換される前記光学素子が交換された後、当該リソグラフィオブジェクティブから取り出されることを特徴とする、請求項１記載のリソグラフィオブジェクティブ。
16. 請求項１に記載のリソグラフィオブジェクティブを用いることによる微細構造部品の製造方法。

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